高考物理第十章第1节电磁感应现象楞次定律学案.docx

电磁感应新课程标准核心知识提炼1.收集资料，了解电磁感应现象的发现过程，体会科学探索中科学思想和科学态度的重要作用。2.通过实验，探究并了解感应电流产生的条件。能举例说明电磁感应在生产生活中的应用。3.通过实验，探究影响感应电流方向的因素，理解楞次定律。理解法拉第电磁感应定律。4.通过实验，了解自感现象和涡流现象。能举例说明自感现象和涡流现象在生产生活中的应用。电磁感应现象感应电流产生的条件楞次定律法拉第电磁感应定律自感现象和涡流现象实验：探究影响感应电流方向的因素第1节电磁感应现象楞次定律一、磁通量1概念：在磁感应强度为B的匀强磁场中，与磁场方向垂直的面积S与B的乘积叫做穿过这个面积的磁通量。2公式：BS，单位符号是Wb。注13适用条件：(1)匀强磁场。(2)S为垂直于磁场的有效面积。4物理意义：相当于穿过某一面积的磁感线的条数。 二、电磁感应现象1定义：当穿过闭合导体回路的磁通量发生变化时，闭合导体回路中有感应电流产生，这种利用磁场产生电流的现象叫做电磁感应。2感应电流的产生条件(1)表述一：闭合电路的一部分导体在磁场内做切割磁感线的运动。(2)表述二：穿过闭合电路的磁通量发生变化。 3实质产生感应电动势，如果电路闭合，则有感应电流。如果电路不闭合，则只有感应电动势而无感应电流。三、感应电流方向的判定1楞次定律(1)内容：感应电流的磁场总要阻碍注2引起感应电流的磁通量的变化。(2)适用范围：一切电磁感应现象。2右手定则注3(1)内容：如图，伸开右手，使拇指与其余四个手指垂直，并且都与手掌在同一平面内；让磁感线从掌心进入，并使拇指指向导线运动的方向，这时四指所指的方向就是感应电流的方向。(2)适用情况：导线切割磁感线产生感应电流。【注解释疑】注1 磁通量是标量，但有正负，若磁通量为正，表示磁感线从规定的正面穿入；磁通量为负则反之。注2 “阻碍”不一定是相反，“阻碍”的是磁通量的变化；“阻碍”也不是阻止，而是延缓了磁通量的变化过程。注3 右手定则是楞次定律的特例，楞次定律适用于所有电磁感应现象，而右手定则适用于一段导体在磁场中切割磁感线运动的情况。深化理解1感应电流的产生条件表述一、表述二本质相同。2右手定则常用于感应电流产生条件表述一对应的问题，楞次定律对表述一、表述二对应的问题都适用。3楞次定律的本质是能量守恒。4解题中常用到的二级结论：(1)楞次定律的三个推广含义：“增反减同”“增缩减扩”“来拒去留”。(2)楞次定律的双解：“加速向左运动”与“减速向右运动”等效。“增加”与“减少”所产生的感应电流方向一样，反之亦然。基础自测一、判断题(1)1831年，英国物理学家法拉第发现了电磁感应现象。()(2)闭合电路内只要有磁通量，就有感应电流产生。()(3)穿过线圈的磁通量和线圈的匝数无关。()(4)线框不闭合时，即使穿过线框的磁通量发生变化，线框中也没有感应电流产生。()(5)当导体切割磁感线时，一定产生感应电动势。()(6)由楞次定律知，感应电流的磁场一定与引起感应电流的磁场方向相反。 ()(7)感应电流的磁场一定阻碍引起感应电流的磁场的磁通量的变化。()二、选择题1鲁科版选修32 P8T3如图所示，条形磁铁以速度v向螺线管靠近，下面几种说法中正确的是()A螺线管中不会产生感应电流B螺线管中会产生感应电流C只有磁铁速度足够大时，螺线管中才能产生感应电流D只有在磁铁的磁性足够强时，螺线管中才会产生感应电流解析：选B当条形磁铁以速度v向螺线管靠近，穿过螺线管的磁通量增大，则螺线管中会产生感应电流，与磁铁的速度、磁铁的磁性强弱无关，故B正确。2粤教版选修32 P12T2改编一矩形线框abcd与长直通电导线处于同一平面内，ad边与导线平行，如图所示。当线框在此平面内向右运动到导线的右边的过程中，线框内感应电流的方向为()A一直沿顺时针方向B一直沿逆时针方向C先沿顺时针方向，再沿逆时针方向D先沿顺时针方向，再沿逆时针方向，最后沿顺时针方向解析：选D根据“来拒去留”“同向吸引异向排斥”“近大远小”等规律可得，电流方向依次为bc、cb、ad、da，即先顺时针，再逆时针，最后顺时针，故D正确。3人教版选修32 P14T6改编多选如图所示，一轻质绝缘横杆两侧各固定一金属环，横杆可绕中心点自由转动。拿一条形磁铁插向其中一个小环，后又取出插向另一个小环，看到的现象及现象分析正确的是()A磁铁插向左环，横杆发生转动B磁铁插向右环，横杆发生转动C磁铁插向左环，左环中不产生感应电动势和感应电流D磁铁插向右环，右环中产生感应电动势和感应电流解析：选BD左环不闭合，磁铁插向左环时，产生感应电动势，不产生感应电流，环不受力，横杆不转动，故A、C错误；右环闭合，磁铁插向右环时，环内产生感应电流，环受到磁场的作用，横杆转动，故B、D正确。4.如图所示，两个线圈A、B套在一起，线圈A中通有电流，方向如图所示。当线圈A中的电流突然增强时，线圈B中的感应电流方向为()A沿顺时针方向B沿逆时针方向C无感应电流 D先沿顺时针方向，再沿逆时针方向解析：选A由安培定则可判断，线圈A中电流在线圈内产生的磁场向外，在线圈外产生的磁场向里，穿过线圈B的合磁通量向外。当线圈A中的电流增大时，产生的磁场增强，通过线圈B的磁通量增加，由楞次定律可知线圈B中的感应电流方向为顺时针方向，故A正确。高考对本节内容的考查，主要集中在对电磁感应现象的判断、楞次定律及其推论的理解应用、“三个定则，一个定律”的综合应用，对这些考点的考查，主要以选择题的形式呈现，难度一般。考点一对电磁感应现象的判断基础自修类题点全练1感应电流有无的判断如图所示，闭合圆形导体线圈放置在匀强磁场中，线圈平面与磁场平行，当磁感应强度逐渐增大时，以下说法正确的是()A线圈中产生顺时针方向的感应电流B线圈中产生逆时针方向的感应电流C线圈中不会产生感应电流D线圈面积有缩小的倾向解析：选C由于线圈平面与磁场平行，所以穿过线圈的磁通量为零。当磁感应强度增大时，穿过线圈的磁通量仍然为零，则线圈中不会产生感应电流，故只有C正确。2感应电流产生的条件在法拉第时代，下列验证“由磁产生电”设想的实验中，能观察到感应电流的是()A将绕在磁铁上的线圈与电流表组成一闭合回路，然后观察电流表的变化B在一通电线圈旁放置一连有电流表的闭合线圈，然后观察电流表的变化C将一房间内的线圈两端与相邻房间的电流表连接，往线圈中插入条形磁铁后，再到相邻房间去观察电流表的变化D绕在同一铁环上的两个线圈，分别接电源和电流表，在给线圈通电或断电的瞬间，观察电流表的变化解析：选D只形成闭合回路，回路中的磁通量不变化，不会产生感应电流，A、B、C错误；给线圈通电或断电瞬间，通过闭合回路的磁通量变化，会产生感应电流，能观察到电流表的变化，D正确。3电磁感应现象与现代科技(2017全国卷)扫描隧道显微镜(STM)可用来探测样品表面原子尺度上的形貌。为了有效隔离外界振动对STM的扰动，在圆底盘周边沿其径向对称地安装若干对紫铜薄板，并施加磁场来快速衰减其微小振动，如图所示。无扰动时，按下列四种方案对紫铜薄板施加恒磁场；出现扰动后，对于紫铜薄板上下及左右振动的衰减最有效的方案是()解析：选A施加磁场来快速衰减STM的微小振动，其原理是电磁阻尼，在振动时通过紫铜薄板的磁通量变化，紫铜薄板中产生感应电动势和感应电流，则其受到安培力作用，该作用阻碍紫铜薄板振动，即促使其振动衰减。方案A中，无论紫铜薄板上下振动还是左右振动，通过它的磁通量都发生变化；方案B中，当紫铜薄板上下振动时，通过它的磁通量可能不变，当紫铜薄板向右振动时，通过它的磁通量不变；方案C中，紫铜薄板上下振动、左右振动时，通过它的磁通量可能不变；方案D中，当紫铜薄板上下振动时，紫铜薄板中磁通量可能不变。综上可知，对于紫铜薄板上下及左右振动的衰减最有效的方案是A。名师微点考点二楞次定律的理解及应用基础自修类题点全练1判断感应电流的方向(多选)磁悬浮高速列车在我国已投入运行数年。如图所示就是磁悬浮的原理，图中A是圆柱形磁铁，B是用高温超导材料制成的超导圆环。将超导圆环B水平放在磁铁A上，它就能在磁力的作用下悬浮在磁铁A的上方空中，则()A在B放入磁场的过程中，B中将产生感应电流；当稳定后，感应电流消失B在B放入磁场的过程中，B中将产生感应电流；当稳定后，感应电流仍存在C若A的N极朝上，B中感应电流的方向为顺时针方向(从上往下看)D若A的N极朝上，B中感应电流的方向为逆时针方向(从上往下看)解析：选BC在B放入磁场的过程中，穿过B的磁通量增加，B中将产生感应电流，因为B是超导体，没有电阻，所以感应电流不会消失，故A错误，B正确；若A的N极朝上，在B放入磁场的过程中，磁通量向上增加，根据楞次定律可判断B中感应电流的方向为顺时针方向，C正确，D错误。2电磁感应现象中的运动分析(多选)(2018全国卷)如图，两个线圈绕在同一根铁芯上，其中一线圈通过开关与电源连接，另一线圈与远处沿南北方向水平放置在纸面内的直导线连接成回路。将一小磁针悬挂在直导线正上方，开关未闭合时小磁针处于静止状态。下列说法正确的是()A开关闭合后的瞬间，小磁针的N极朝垂直纸面向里的方向转动B开关闭合并保持一段时间后，小磁针的N极指向垂直纸面向里的方向C开关闭合并保持一段时间后，小磁针的N极指向垂直纸面向外的方向D开关闭合并保持一段时间再断开后的瞬间，小磁针的N极朝垂直纸面向外的方向转动解析：选AD根据安培定则，开关闭合时铁芯上产生水平向右的磁场。开关闭合后的瞬间，根据楞次定律，直导线上将产生由南向北的电流，根据安培定则，直导线上方的磁场垂直纸面向里，故小磁针的N极朝垂直纸面向里的方向转动，故A正确。同理D正确。开关闭合并保持一段时间后，直导线上没有感应电流，故小磁针的N极指北，故B、C错误。3电磁感应现象中的功能分析如图所示，螺线管与灵敏电流计相连，磁铁从螺线管的正上方由静止释放，向下穿过螺线管。下列说法正确的是()A电流计中的电流先由a到b，后由b到aBa点的电势始终低于b点的电势C磁铁减少的重力势能等于回路中产生的热量D磁铁刚离开螺线管时的加速度小于重力加速度解析：选D由楞次定律可知，电流计中的电流先由b到a，后由a到b，A错误；a点的电势先比b点低，后比b点高，B错误；磁铁减少的机械能等于回路中产生的热量，C错误；根据楞次定律，感应电流的磁场总是阻碍磁铁与闭合回路间的相对运动，磁铁刚离开螺线管时，受到向上的磁场力，加速度小于重力加速度，D正确。名师微点1判断感应电流的方法(1)楞次定律；(2)右手定则。2判断感应电流方向的“四步法”3楞次定律中“阻碍”的含义考点三楞次定律推论的应用多维探究类楞次定律中“阻碍”的含义可以推广为：感应电流的效果总是阻碍引起感应电流的原因。列表说明如下：内容例证阻碍原磁通量变化“增反减同”阻碍相对运动“来拒去留”使回路面积有扩大或缩小的趋势“增缩减扩”阻碍原电流的变化“增反减同”考法(一)增反减同例1如图所示，一个N极朝下的条形磁铁竖直下落，恰能穿过水平放置的固定矩形导线框，则()A磁铁经过位置时，线框中感应电流沿abcd方向；经过位置时，沿adcb方向B磁铁经过位置时，线框中感应电流沿adcb方向；经过位置时，沿abcd方向C磁铁经过位置和时，线框中的感应电流都沿abcd方向D磁铁经过位置和时，线框中感应电流都沿adcb方向解析当磁铁经过位置时，穿过线框的磁通量向下且不断增加，由楞次定律可确定感应电流的磁场方向向上，阻碍磁通量的增加，根据右手螺旋定则可判定感应电流应沿abcd方向。同理可判断当磁铁经过位置时，感应电流沿adcb方向。故A正确。答案A考法(二)来拒去留例2如图所示，通电导线MN与单匝矩形线圈abcd共面，位置靠近ab且相互绝缘。当矩形线圈突然向右运动时，线圈所受安培力的合力方向()A向左B向右C垂直纸面向外 D垂直纸面向里解析当矩形线圈突然向右运动时，线圈中会产生逆时针方向的电流，根据左手定则可知，ab边受的安培力向左，cd边受的安培力向左，合力的方向向左，A正确。或根据楞次定律，“来拒去留”，感应电流的效果总是阻碍相对运动，所以线圈向右运动时所受安培力向左。故A正确。答案A考法(三)增缩减扩例3(多选)如图所示，两同心圆环A、B置于同一水平面上，其中B为均匀带负电绝缘环，A为导体环。当B绕轴心顺时针转动且转速增大时，下列说法正确的是()AA中产生逆时针方向的感应电流BA中产生顺时针方向的感应电流CA具有收缩的趋势DA具有扩展的趋势解析由题图可知，B为均匀带负电绝缘环，B中电流为逆时针方向，由右手螺旋定则可知，电流的磁场垂直纸面向外且逐渐增强；由楞次定律可知，磁场增强时，感应电流的磁场与原磁场的方向相反，所以感应电流的磁场的方向垂直纸面向里，A中感应电流的方向为顺时针方向，故选项A错误，B正确。B环外的磁场的方向与B环内的磁场的方向相反，当B环内的磁场增强时，A环具有面积扩展的趋势，故选项C错误，D正确。答案BD题点全练1增反减同如图甲所示，在同一平面内有两个圆环A、B，圆环A将圆环B分为面积相等的两部分，以图甲中A环电流沿顺时针方向为正，当圆环A中的电流如图乙所示变化时，下列说法正确的是()AB中始终没有感应电流 BB中有顺时针方向的感应电流CB中有逆时针方向的感应电流DB中的感应电流先沿顺时针方向，后沿逆时针方向解析：选B由于圆环A中的电流发生了变化，故圆环B中一定有感应电流产生，由楞次定律判定B中有顺时针方向的感应电流，故B选项正确。2增缩减扩如图所示，A为水平放置的胶木圆盘，在其侧面均匀分布着负电荷，在A的正上方用绝缘丝线悬挂一个金属圆环B，使B的环面水平且与圆盘面平行，其轴线与胶木盘A的轴线OO重合。现使胶木盘A由静止开始绕其轴线OO按箭头所示方向加速转动，则()A金属环B的面积有扩大的趋势，丝线受到的拉力增大B金属环B的面积有缩小的趋势，丝线受到的拉力减小C金属环B的面积有扩大的趋势，丝线受到的拉力减小D金属环B的面积有缩小的趋势，丝线受到的拉力增大解析：选B使胶木盘A由静止开始绕其轴线OO按箭头所示方向加速转动，通过金属环B内的磁通量增大，根据楞次定律，金属环B的面积有缩小的趋势，且B有向上升的趋势，丝线受到的拉力减小，B正确。考点四“三定则、一定律”的综合应用师生共研类1规律比较名称基本现象因果关系应用的定则或定律电流的磁效应电流、运动电荷产生磁场因电生磁安培定则安培力、洛伦兹力磁场对电流、运动电荷有作用力因电受力左手定则电磁感应部分导体做切割磁感线运动因动生电右手定则闭合回路磁通量变化因磁生电楞次定律2相互联系(1)应用楞次定律时，一般要用到安培定则。(2)研究感应电流受到的安培力，一般先用右手定则确定电流的方向，再用左手定则确定安培力的方向，有时也可以直接应用楞次定律的推论确定。典例如图所示，金属棒ab、金属导轨和螺线管组成闭合回路，金属棒ab在匀强磁场B中沿导轨向右运动，则()Aab棒不受安培力作用Bab棒所受安培力的方向向右Cab棒向右运动速度v越大，所受安培力越大D螺线管产生的磁场，A端为N极解析金属棒ab向右运动切割磁感线，根据右手定则判断感应电流方向由ba，再根据左手定则判断棒所受安培力水平向左，故A、B错误；ab的速度越大，感应电流越大，所受安培力就越大，C正确；根据安培定则可判定螺线管的B端为N极，A端为S极，D错误。答案C解题方略左、右手定则巧区分(1)区分左手定则和右手定则的根本是抓住“因果关系”：“因电而动”用左手，“因动生电”用右手。(2)使用中左手定则和右手定则很容易混淆，为了便于记忆，可把两个定则简单地总结为通电受力，“力”的最后一笔“丿”向左，用左手；运动生电，“电”的最后一笔“乚”向右，用右手。题点全练1楞次定律、安培定则及左手定则的综合应用(多选)如图是创意物理实验设计作品小熊荡秋千。两根彼此靠近且相互绝缘的金属棒C、D固定在铁架台上，与两个铜线圈P、Q组成一闭合回路，两个磁性很强的条形磁铁如图放置，当用手左右摆动线圈P时，线圈Q也会跟着摆动，仿佛小熊在荡秋千。以下说法正确的是()AP向右摆动的过程中，P中的电流方向为顺时针方向(从右向左看)BP向右摆动的过程中，Q也会向右摆动CP向右摆动的过程中，Q会向左摆动D若用手左右摆动Q，P会始终保持静止解析：选ABP向右摆动的过程中，线框中的磁通量减少，根据楞次定律，P中的电流方向为顺时针方向(从右向左看)，选项A正确。P向右摆动的过程中，P中的电流方向为顺时针方向(从右向左看)，Q中的电流方向也为顺时针方向(从右向左看)，Q线圈下侧将受到向右的安培力作用，所以Q也会向右摆动，选项B正确，C错误。若用手左右摆动Q，切割磁感线产生感应电动势，在P线圈中将产生感应电流，受到安培力作用，由左手定则可判断出P将摆动，不会保持静止，选项D错误。2安培定则及楞次定律的综合应用如图所示，绕在铁芯上的线圈与电源、滑动变阻器和开关组成闭合回路。在铁芯的右端套有一个表面绝缘的铜环A。不计铁芯和铜环A之间的摩擦，下列情况中铜环A会向右运动的是()A线圈中通以恒定的电流B通电时，使滑动变阻器的滑片P向右匀速移动C通电时，使滑动变阻器的滑片P向左加速移动D开关突然断开的瞬间解析：选C铜环A向右运动，说明穿过A的磁通量在增加，绕在铁芯上的线圈中的电流在增大，故选项C正确。3楞次定律与法拉第电磁感应定律的综合应用(多选)一个水平固定的金属大圆环A，通有恒定的电流，方向如图所示。现有一小金属环B自A环上方落下并穿过A环，B环在下落过程中始终保持水平，并与A环共轴，那么在B环下落过程中()AB环中感应电流方向始终与A环中电流方向相反BB环中感应电流方向与A环中电流方向先相反后相同C经过A环所在平面的瞬间，B环中感应电流最大D经过A环所在平面的瞬间，B环中感应电流为零解析：选BD刚开始的下落过程，穿过B环的磁通量增加，由楞次定律可知，B环中应产生与A环中方向相反的感应电流。当B环运动到A环下方后，随着B环的下落，穿过B环的磁通量逐渐减少，由楞次定律可知，此时B环中将产生与A环中方向相同的感应电流，故选项A错误，B正确。当B环经过A环所在平面的瞬间，此时穿过B环的磁通量最大，磁通量的变化率为零，故此时B环中的感应电流为零，选项C错误，D正确。考点五实验：探究影响感应电流方向的因素1实验器材：条形磁铁、电流表、线圈、导线、干电池(用来查明线圈中电流的流向与电流表中指针偏转方向的关系)。2实验现象(1)线圈内磁通量增加时的情况图号磁场方向感应电流的方向感应电流的磁场方向甲向下逆时针(俯视)向上乙向上顺时针(俯视)向下(2)线圈内磁通量减少时的情况图号磁场方向感应电流的方向感应电流的磁场方向丙向下顺时针(俯视)向下丁向上逆时针(俯视)向上3.实验结论表述一：当穿过线圈的磁通量增加时，感应电流的磁场与原磁场的方向相反；当穿过线圈的磁通量减少时，感应电流的磁场与原磁场的方向相同。表述二：当磁铁靠近线圈时，两者相斥；当磁铁远离线圈时，两者相吸。基础考法1(2019兰州一中模拟)在研究电磁感应现象和磁通量变化时感应电流方向的实验中，所需的实验器材已用导线连接成如图所示的实验电路。(1)将线圈A插入线圈B中，闭合开关的瞬间，线圈B中感应电流与线圈A中电流的绕行方向_(填“相同”或“相反”)。(2)某同学设想使一线圈中电流逆时针流动，另一线圈中感应电流顺时针流动，可行的实验操作是_。A抽出线圈AB插入软铁棒C使变阻器滑片P右移 D断开开关解析：(1)将线圈A插入线圈B中，闭合开关的瞬间，穿过线圈B的磁通量变大，由楞次定律可得，线圈B中感应电流与线圈A中电流的绕行方向相反。(2)使一线圈中电流逆时针流动，另一线圈中感应电流顺时针流动，两线圈电流磁场方向相反，则穿过副线圈的磁通量应增加；抽出线圈A时，穿过副线圈的磁通量减小，原、副线圈电流方向相同，故A错误；插入软铁棒，穿过副线圈的磁通量增大，原、副线圈电流方向相反，故B正确；由电路图可知，使变阻器滑片P右移，原线圈电流增大，穿过副线圈的磁通量增大，原、副线圈电流方向相反，故C正确；断开开关，穿过副线圈B的磁通量减小，原、副线圈电流方向相同，故D错误。答案：(1)相反(2)BC2(2019河南林州一中模拟)在研究电磁感应现象的实验中，首先按图甲接线，以查明电流表指针的偏转方向与电流方向之间的关系。然后按图乙将电流表与线圈B连成一个闭合电路，将线圈A、电源、滑动变阻器和开关串联成另一个闭合电路。在图甲中，当闭合S时，观察到电流表指针向左偏(不通电时指针停在正中央)。在图乙中：(以下均填“向左”或“向右”或“不”)(1)S闭合后，将螺线管A插入螺线管B的过程中，电流表的指针_偏转。(2)线圈A放在B中不动，将滑动变阻器的滑片向右滑动时，电流表指针_偏转。(3)线圈A放在B中不动，突然断开开关S时，电流表指针_偏转。解析：在图甲中，闭合开关，电流从正接线柱流入电流表，电流表指针向左偏转，即电流从哪个接线柱流入，指针就向哪侧偏转；在图乙中，闭合开关后，由安培定则可知，线圈A中的电流产生的磁场导致线圈B中的磁通量变化，从而产生感应电流，因此指针会偏转。(1)S闭合后，将螺线管A插入螺线管B的过程中，穿过B的磁场向上，磁通量变大，由楞次定律可知，感应电流从电流表负接线柱流入，则电流表的指针将向右偏转。(2)螺线管A放在B中不动，穿过B的磁场向上，将滑动变阻器的滑动触片向右滑动时，穿过B的磁通量变大，由楞次定律可知，感应电流从电流表负接线柱流入，则电流表的指针将向右偏转。(3)螺线管A放在B中不动，穿过B的磁场向上，突然断开开关S时，穿过B的磁通量减小，由楞次定律可知，感应电流从电流表正接线柱流